Como extingue o SF6 un arco?

Como funciona a extinción de arco con SF6 (Hexafluoruro de enxofre)

1. Propiedades físicas e químicas do SF6

• Alta forza de aislamento: As moléculas de SF6 teñen unha forte electronegatividade negativa, que lles permite capturar rapidamente eléctrons libres, formando íons negativos. Estes íons negativos móvense máis lentamente e son menos propensos a causar ionización, resultando na alta forza de aislamento do gas SF6. Isto fai que o SF6 sexa moito mellor que o aire ou o vacío en termos de aislamento.

• Alta capacidade térmica: O SF6 ten un peso molecular grande (aproximadamente 146) e presenta unha alta capacidade térmica e conductividade térmica. Cando se xera un arco, o gas SF6 pode absorber unha cantidade significativa de calor, refrixando rapidamente o arco e reducindo a súa temperatura.

• Estabilidade química: O SF6 é moi estable a temperatura ambiente, pero descompónse en compoñentes de fluor menor (como SF4, S2F10, etc.) a altas temperaturas (por exemplo, durante o arco). Estes produtos de descomposición recombinan para formar SF6 unha vez extinguido o arco, restaurando as propiedades de aislamento do gas.

2. Principios básicos da extinción de arco con SF6

Xeración e extinción do arco: Cando o interruptor abre, os contactos separánse e a corrente flúe a través do pequeno intervalo entre os contactos, formando un arco. A presenza do arco xera temperaturas locais altas, provocando a vaporización do material de contacto e producindo un gran número de eléctrons libres, que mantén o arco.

Papel do gas SF6:

• Refrixe rápido do arco: O gas SF6 ten unha alta capacidade térmica e pode absorber rapidamente o calor xerado polo arco, facendo que a temperatura do arco baixe rapidamente. A medida que a temperatura diminúe, a enerxía cinética das partículas cargadas (eléctrons e íons) no arco disminúe, esgotando a enerxía do arco.

• Supresión da ionización: As moléculas de SF6 poden capturar rapidamente eléctrons libres do arco, formando íons negativos. Estes íons negativos móvense máis lentamente e son menos propensos a manter o proceso de ionización, inhibindo así o desenvolvemento continuado do arco.

• Restauración da forza de aislamento: Unha vez extinguido o arco, o gas SF6 restaura rapidamente as súas propiedades de aislamento. Debido á súa superior forza de aislamento comparada co aire, o aislamento entre os contactos restaurase rapidamente, evitando que o arco se reacenda.

3. Proceso detallado da extinción de arco con SF6

• Etapa inicial de formación do arco: A medida que os contactos do interruptor comezan a separarse, a corrente flúe a través do pequeno intervalo entre eles, formando un arco. A temperatura do arco aumenta rapidamente a varios miles de graos Celsius, provocando a evaporación do material de contacto e producindo un gran número de eléctrons libres.

• Efecto de refrixe do gas SF6: Cando se forma o arco, o gas SF6 absorbe rapidamente o calor xerado polo arco, facendo que a temperatura do arco baixe. Simultáneamente, as moléculas de SF6 capturan eléctrons libres do arco, formando íons negativos, que suprimen o proceso de ionización.

• Extinción do arco: A medida que a temperatura do arco diminúe, a enerxía das partículas cargadas no arco diminúe gradualmente, levando á extinción completa do arco. Neste punto, o gas SF6 restaura rapidamente as súas propiedades de aislamento, aumentando a forza de aislamento entre os contactos e evitando que o arco se reacenda.

• Recuperación posterior ao arco: Unha vez extinguido o arco, os produtos de descomposición do SF6 (como SF4, S2F10, etc.) recombinan rapidamente para formar SF6, restaurando a estrutura química orixinal e as propiedades de aislamento do gas. Este proceso ocorre moi rapidamente, xeralmente en poucos milisegundos.

4. Ventajas da extinción de arco con SF6

• Extinción rápida do arco: O gas SF6 pode extinguir o arco case instantaneamente, xeralmente preto do cruce de cero da corrente. Isto reduce a duración do arco, minimizando o dano aos contactos.

• Rápida restauración do aislamento: Unha vez extinguido o arco, o gas SF6 restaura rapidamente a súa forza de aislamento, evitando que o arco se reacenda e asegurando a interrupción confiábel da corrente.

• Adecuación para alta tensión e alta corrente: A alta forza de aislamento e o excelente rendemento de extinción de arco do SF6 o fan particularmente adecuado para aplicacións de alta tensión e alta corrente, como nos sistemas de transmisión de ultra-alta tensión (UHV).

• Sen risco de incendio: O gas SF6 non é inflamable, eliminando o risco de incendio que pode ocorrer con interruptores de circuito cheos de óleo, facéndoo máis seguro para uso en sistemas eléctricos.

5. Aplicacións da extinción de arco con SF6

• Interruptores de circuito de alta tensión: O gas SF6 úsase ampliamente en interruptores de circuito de alta tensión, especialmente en sistemas que operan a 110kV e por encima, incluíndo sistemas de transmisión UHV e EHV. Os interruptores de circuito de SF6 ofrecen un excelente rendemento de interrupción, deseño compacto e longa vida útil, facéndoos ideais para operacións frecuentes e interrupcións de alta corrente.

• Interruptores de carga e separadores: Ademais dos interruptores de circuito, o gas SF6 tamén úsase en interruptores de carga e separadores, proporcionando un aislamento confiábel e capacidades de extinción de arco.

• GIS (Equipamento de comutación aislado a gas): Nos sistemas GIS, o gas SF6 serve como medio de aislamento en equipamentos de comutación cerrados, ofrecendo conexións eléctricas de alta densidade e aislamento confiábel.

Resumo

O gas SF6 extingue eficazmente os arcos aproveitando as súas superiores propiedades de aislamento, alta capacidade térmica e rápida restauración da forza de aislamento. Este mecanismo eficiente de extinción de arco fai que os interruptores de circuito de SF6 sexan componentes esenciais en sistemas de potencia de alta tensión, asegurando un funcionamento seguro e confiábel. O SF6 úsase ampliamente en sistemas de transmisión e distribución de potencia, onde a súa capacidade de extinguir rapidamente os arcos e prevenir a reacención é crítica para manter a estabilidade e a seguridade do sistema.